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| DGZfP-JAHRESTAGUNG 2002 ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung | |||||
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Anwendung von ZfP-Methoden im Rahmen einer gemeinsamen Forschungsinitiative der DFGChristian U. Große, Hans-Wolf ReinhardtInstitut für Werkstoffe im Bauwesen (IWB), Universität Stuttgart Kontakt: C.U. Große, ÜbersichtZum Januar 2001 wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in Bonn eine neue Forschergruppe eingerichtet. Sie trägt den Titel Zerstörungsfreie Strukturbestimmung von Betonbauteilen mit akustischen und elektromagnetischen Echo-Verfahren. Die Gruppe besteht aus acht Institutionen, die zu den anerkannten Forschergruppen auf dem Gebiet der Zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) im deutschsprachigen Raum zählen, sowie sechs Mitgliedern einer Unterstützergruppe, die im Wesentlichen die privatwirtschaftlichen Interessen an diesem Forschungsprojekt vertritt, jedoch keine Förderung von Seiten der DFG erhält. Das Ziel der Forschergruppe FOR 384 ist es, die Verfahren zur Strukturaufklärung von Betonbauteilen auf einen Entwicklungsstand zu heben, der ihre systematische Anwendung zur zerstörungsfreien Bauwerksdiagnose ermöglicht und auf die Validierung für möglichst viele Prüfaufgaben hinführt. Die bisher isolierten Verfahrensentwicklungen sollen durch eine gemeinsame, langfristige Zusammenarbeit in Arbeitsgruppen auf diesem Gebiet einen Innovationsschub erfahren. In einzelnen Teilprojekten werden die akustischen und elektromagnetischen Verfahren und deren Kombination zur Untersuchung von Bauwerken und Bauteilen aus Beton bewertet. Die Mitglieder der Forschergruppe (I bis VIII) und ihrer Unterstützer aus der Praxis streben danach, die Prozesse und Wechselwirkungen zu verstehen, um daraus die Methodik solcher Untersuchungen auf eine nachprüfbare wissenschaftliche Basis zu stellen Keywords: Anfänge der Forschungsinitiative und der ZusammenarbeitDie Teilnehmer an der Forschergruppe haben in den letzten 10 Jahren ihre gruppenweise bzw. bilaterale Zusammenarbeit weitestgehend selbst organisiert. Nachdem in den jeweiligen Gruppen Verfahrensentwicklungen isoliert verliefen, wurden von der Arbeitsgruppe der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Mitte der 90er Jahre Ringversuche organisiert, bei denen im direkten Vergleich Impuls-Radar, Ultraschallecho und Impact-Echo getestet wurden. Ein zweiter Ringversuch erfolgte unter Einbeziehung der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), die die Ringversuche finanziell förderte. Im Vordergrund stand zunächst die Zustandsermittlung von Hüllrohren in Spannbetonbrücken. Von Beginn an bestand eine enge Kooperation mit Industriepartnern, die die aktuellen Probleme aus der Baupraxis thematisierten und die Aktivitäten der Gruppe vielfach unterstützten. Um die gemeinsame Zusammenarbeit besser koordinieren zu können und auf eine solide finanzielle Basis zu stellen, wurde ein Finanzierungsantrag bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) eingereicht. Dies wurde möglich, nachdem die DFG auch dezentrale Forschergruppen - sogenannte "netzbasierte" -, zuließ, bei denen sich die Mitglieder auf ganz Deutschland verteilen können. Nach erfolgreicher Begutachtung im Mai 2000 nahm die Forschergruppe Ihre Arbeit zum 1. Januar 2001 auf. Tabelle 1 zeigt die aktuelle Zusammensetzung der Gruppe (Stand: 1.5.2002) sowie die Mitglieder der sogenannten Unterstützergruppe aus der Industrie, die sich bereit erklärt haben, die Arbeiten zu unterstützen. Die Forschergruppe zeichnet sich dadurch aus, dass Forscher mit starkem experimentellem Hintergrund mit Kollegen mit starkem theoretischem Hintergrund zusammenarbeiten. Durch Anwendung moderner Verfahren und Anpassung komplexer Theorien aus anderen Bereichen der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und Signalverarbeitung wird eine anspruchsvolle interdisziplinäre Zusammenarbeit mit einem großen Erfolgspotential ermöglicht. Durch die langjährigen persönlichen Kontakte gab es darüber hinaus keine Startschwierigkeiten bei der interdisziplinären Zusammenarbeit.
Einteilung in ArbeitspaketeDie wissenschaftliche Forschungsarbeit ist unterteilt in mehrere Arbeitspakete, um die Vernetzung der Einzelprojekte und damit den Synergiegewinn zu erhöhen. Im Bereich Ultraschall werden die Arbeitspakete Referenzsysteme (A1), Ausbreitungsverhalten (A2) und Scannende und fokussierende Systeme (A3) bearbeitet. Unter Impact-Echo wird an der Bildgebenden Anwendung und Analyse von Geometrieeffekten (B1) sowie an Impact-Echo für die Untersuchung von erhärtendem Beton mit und ohne Bewehrung (B2) gearbeitet. Das dritte Arbeitspaket Radar besteht aus den Projekten Radar-Signalkonditionierung und Datenanalyse (C1) sowie Kombinierte Verfahren (C2). Im Paket D werden schließlich die Signalverarbeitung, Rekonstruktion und Modellierung behandelt, wobei hier unterteilt wurde in Signalverarbeitung und Rekonstruktion (D1) sowie Modellierung (D2). Die einzelnen Projektbereiche werden jeweils von mehreren Antragstellern gemeinsam bearbeitet, wobei Koordinatoren jeweils die Arbeit in den Arbeitspaketen koordinieren. Die Einbindung von Institutionen und Industriefirmen der Bauwirtschaft im Rahmen der Unterstützergruppe erhöht die Praxisrelevanz der Forschungsaktivitäten durch konstruktive Kritik und Feedback sowie die Bereitstellung von aktuellen Untersuchungsobjekten. Aktuelle ArbeitenDie zu erreichenden Ziele lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Das Gesamtprojekt besteht aus vier Bereichen. Innerhalb dieser Bereiche wurden Arbeitspakete geschnürt, für die jeweils eine Forschungseinrichtung (in Klammern) die Federführung übernommen hat. A: Ultraschall-Echo Ziel des Arbeitspakets A1 ist die Entwicklung von Standards für die Ultraschallprüfung im Bauwesen. Dies betrifft sowohl die Herstellung von Referenzprüfkörpern für die Qualitätssicherung der Messverfahren als auch die Entwicklung von Kalibrierversuchen. Im Arbeitspaket A2 wird das Ausbreitungsverhalten von Ultraschall und die Wechselwirkung des lokalen Schallfeldes mit inneren und äußeren Oberflächen sowie der Bewehrung experimentell ermittelt und mit Modellrechnungen verglichen. Arbeitspaket A3 beinhaltet die Untersuchung und Weiterentwicklung von scannenden und fokussierenden Systemen im Bereich Ultraschall. Darunter werden sowohl Laservibrometermessungen, Arrays mit flächiger und linearer Apertur sowie luftgekoppelter Ultraschall und Phased Array verstanden. Im B-Bereich wird die Impact-Echo-Methode in scannender und scannend-automatischer Weise angewendet, wobei sowohl kommerzielle als auch eigene Messsysteme eingesetzt werden, um die Dicke von Bauwerken sowie Fehlstellen zu bestimmen bzw. zu detektieren. Am Rande ist der Einsatz für Frischbetonuntersuchungen geplant. Die Arbeiten im C-Bereich betreffen den Einsatz von Radar zur zerstörungsfreien Bauwerksanalyse. Zusätzlich werden im Bereich C1 die Radardaten im Rahmen einer kombinierten Analyse (data fusion) mit akustischen Daten überlagert. Ziel des Projektbereichs D1 ist die Weiterentwicklung der Signalanalyse und Rekonstruktionsverfahren, wobei neben SAFT und polarimetrischen Verfahren auch Wavelets, moving average und codierte Signale verwendet werden. In D2 werden Modellierungsmethoden angewendet und weiterentwickelt, um Ultraschall- (2D und 3D) sowie Impact-Echo-Daten zu simulieren. Außerdem ist die Validierung von Modellierungstools durch Experimente und die Untersuchung des Einflusses von realistischen Streuern (z. B. Spannkanäle, Bewehrung) und von Phasengrenzen auf die Modellierung geplant. Austausch von Forschungsergebnissen auf elektronischem WegDer zunehmende Einsatz digitaler Medien in der wissenschaftlichen Kommunikation und Publikation hat die bisherigen Informations-Infrastrukturen und traditionellen Publikationsprozesse nachhaltig verändert. Wesentlich für die effektive Nutzung der neuen Kommunikations- und Publikationsnetze sind leistungsfähige Instrumente und Infrastrukturen. Im Rahmen der DFG-Förderung wurden deshalb verschiedene Instrumente zum Aufbau einer projektunabhängigen, dauerhaften und überregionalen Informations-Infrastruktur verwendet. Wie mittlerweile allgemein üblich, erfolgt die Darstellung der Forschungsaktivitäten der Gruppe nach außen durch eine eigene Internetpräsenz (Web-Homepage). Dazu wurde durch die Geschäftsführung ein WWW-Server eingerichtet, der permanent unter der Adresse http://www.for384.uni-stuttgart.de/ im Internet zu erreichen ist. Dort findet der Interessent Informationen zu den einzelnen Projekten und Workshops, Stellenausschreibungen sowie allgemeine Informationen über die Forschergruppe und die Kontaktadressen der Mitglieder. Darüber hinaus wurde ein interner Web-Server eingerichtet, der über die o. g. allgemeine Internetadresse erreichbar ist, jedoch einen Zugriff nur über eine Passwortabfrage erlaubt. Hier werden Informationen zum wissenschaftlichen Austausch, über den Stand interner Projekte der Zusammenarbeit und andere organisatorische Dinge abgelegt. Parallel dazu wurde ein FTP-Server eingerichtet, um den Daten- und Dokumentaustausch zwischen den Mitgliedern zu verbessern. Auf diesem Server, dessen Zugangscode nur den Mitgliedern bekannt ist, werden zum Beispiel Sitzungsprotokolle, Antragstexte und Messdaten abgelegt. Letzteres ist insbesondere für die gemeinsame Auswertung und Interpretation der Daten wichtig, sowie für den Vergleich der Messergebnisse mit der Simulation. Der Server ist jederzeit zugänglich und ermöglicht so einen bequemen Zugang zu den aktuellen Forschungsergebnissen während der täglichen Arbeit. Besonders wichtig für die Zusammenarbeit innerhalb einer dezentralen netzbasierten Forschergruppe ist die Sicherstellung einer funktionierenden Kommunikation, wobei die schnelle Verteilung von Informationen an alle Mitglieder der Gruppe im Vordergrund steht. Hierzu wurde durch die Geschäftsführung ein E-Mail-Server eingerichtet, der die per E-Mail geschickten Informationen sofort, d. h. automatisch, an alle in einer Liste eingetragenen Mitglieder verteilt. Dies erleichtert die interne Kommunikation wesentlich. Insgesamt bieten sich durch die Nutzung der modernen Kommunikationswege, die das Internet bietet, für den Wissenschaftler und speziell für die Zusammenarbeit innerhalb einer Forschungsgruppe hervorragende Möglichkeiten für die schnelle und effektive Kommunikation sowie den Austausch von Forschungsergebnissen. Selbstverständlich werden die traditionellen Verteilungswege von Informationen (Fax, Brief, Telefon) weiter eingesetzt. Nach unseren ersten Erfahrungen werden die modernen Medien jedoch in zunehmendem Maße verwendet, was im übrigen die interne Dokumentation und Transparenz, aber auch die Kommunikation mit Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland verbessert. Abgesehen davon trifft sich die Forschergruppe regelmäßig zu Mitgliedersitzungen; einmal pro Jahr wird außerdem ein Workshop organisiert, zu dem die Vertreter der Unterstützergruppen sowie die DFG-Gutachter eingeladen werden. Forschungsergebnisse werden überwiegend in traditioneller Form (z. B. als Artikel in Fachzeitschriften [1-33]) publiziert und so der breiten öffentlichkeit zugänglich gemacht. DanksagungDie beschriebenen Arbeiten werden im Rahmen der Forschergruppe "Zerstörungsfreie Strukturbestimmung von Betonbauteilen mit akustischen und elektromagnetischen Echo-Verfahren" unter FOR 384 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. LiteraturDie folgende Liste gibt einen begrenzten Überblick über die Aktivitäten der Mitglieder der Forschergruppe. Weitere Veröffentlichungen können von den jeweiligen Teilprojektleitern oder den Sachbearbeiter/-innen angefordert werden.
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